Файл: Строение современного компьютера.pdf

В настоящее время, такие контролеры выпускаются не в виде отдельных микросхем, а входят в состав чипсета поэтому, очень важно выбрать "правильный" чипсет. Чем они отличаются друг от друга, или на какие характеристики следует обращать внимание в первую очередь?

Прежде всего - синхронный или асинхронный режим работы. Синхронные чипсеты требуют, чтобы частота памяти совпадала с частой шины. Имея такой чипсет, вы не сможете использовать преимущества процессора с 133 MHz шиной, если у вас установлена память SDRAM PC 100. Асинхронные чипсета выгодно отличаются тем, что позволяют тактировать память "своей" частотой, не обязательно совпадающей с тактовой частотой системной шины. Благодаря этому, они поддерживают практически любые комбинации процессоров и памяти. Согласитесь, - немаловажно для апгрейда. Однако если тактовые частоты системной шины и памяти не могут быть соотнесены как целые числа, возникают штрафные задержки (см. рис. 10), негативно сказывающиеся на производительности.

Второй вид памяти - ПЗУ используется для энергонезависимого хранения системной информации — BIOS, таблиц знакогенераторов и т.д., характеризуется тем, что позволяет только считывать информацию. Именно поэтому такой вид памяти получил в англ. языке название ROM- памяти от ReadOnlyMemory (память только для чтения). Запись в этот вид памяти невозможна. Благодаря этому информация, находящаяся в ROM- памяти, защищена от нарушений и изменений. ПЗУ – быстрая, энергонезависимая память. Информация заносится в неё один раз (обычно в заводских условиях) и сохраняется постоянно (при включенном и выключенном компьютере). В ПЗУ храниться информация, присутствие которой постоянно необходимо в компьютере (встроенный блок ОС).

ПЗУ расположено в верхней памяти, т.е. составляет лишь небольшую часть общего объёма памяти компьютера. Большую часть всего объема памяти компьютера занимает ОЗУ.

Требуемый объем памяти этого типа невелик — например, BIOS PC/XT помещалась в 8 кбайт, в современных компьютерах типовое значение — 128 кбайт – 2 Мбайта. Быстродействие постоянной памяти обычно ниже, чем оперативной. В последние годы постоянную память вытесняет флэш-память, запись в которую возможна в самом компьютере в специальном режиме работы, и другие типы энергонезависимой памяти (EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory - электронно-перепрограммируемая постоянная память), FRAM).

Кэш-память (Cache memory). Кэш-память (сверхоперативная память) - очень быстрое ЗУ, небольшого объема, которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для компенсации разности в скорости обработки информации процессором и несколько менее быстродействующей оперативной памятью.

Память конфигурации. Используется в основном для хранения информации о конфигурации компьютера. Традиционная память конфигурации вместе с часами-календарем (CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor)Memory иCMOS Real-Time Clock) имеет объем в несколько десятков байт,ESCD (Extended Static Configuration Data)- область энергонезависимой памяти, используемая для конфигурирования устройств Plug and Play - имеет объем в несколько кбайт. Сохранность данных CMOS-памяти при отключении питания компьютера обеспечивается маломощной внутренней батарейкой или аккумулятором. В качестве полупостоянной применяется и энергонезависимая память -NV RAM (Non-Volatile RAM), которая хранит информацию и при отсутствии питания.

Основная функция внешней памяти компьютера (способность долговременно хранить большие объемы информации).

Устройства внешней памяти различаются, прежде всего, по типу носителя информации, например:

• Жесткие магнитные диски;
• Гибкие магнитные диски (дискеты, давно не используются);
• Оптические компакт-диски (CD-ROM)
• Флеш-память

Жесткий диск(винчестер,HardDisk) - это наиболее распространенное массовое ЗУ большого объема, в котором носителями информации являются круглые алюминиевые пластины -платтеры- обе поверхности которых покрыты слоем магнитного материала. Используется для постоянного хранения информации.

Рабочие поверхности платтеров разделены на концентрические кольцевые дорожки, а дорожки на секторы. Несколько секторов жесткого диска образуют кластер. Поверхность платтера покрыта магнитным слоем толщиной 1,1 мм, а также слоем смазки. Винчестер имеет большую емкость от 1 до 300 Гбайт. Такие жёсткие диски часто используются в качестве несъёмного носителя информации. Винчестер вращается непрерывно. Он связан с процессором через контроллер жесткого диска. Все современные накопители снабжаются встроенной кэш.

Оперативная память, жесткий диск и прочие устройства хранения информации в свою очередь подключаются к материнской плате.

2.3 Материнская плата

Материнская (системная) плата (Приложение 8) - главная составная часть компьютера. От ее качества, функциональности и быстродействия напрямую зависит стабильность и скорость работы системы. Материнская плата определяет тип процессора и оперативной памяти, которые могут быть установлены в компьютер. От форм-фактора материнской платы также зависит количество расположенных на ней слотов расширения, интегрированных контроллеров и т. п.

Частота процессора, системной шины и шин периферийных устройств, быстродействие различных компонентов компьютера (процессора, оперативной памяти и контроллеров периферийных устройств) может существенно различаться. Для согласования быстродействия на системной плате устанавливаются специальные микросхемы (чипсеты), включающие в себя контроллер оперативной памяти (так называемый северный мост) и контроллер периферийных устройств (южный мост)

Северный мост обеспечивает обмен информацией между процессором и оперативной памятью по системной шине. В процессоре используется внутреннее умножение частоты, поэтому частота процессора в несколько раз больше, чем частота системной шины. В современных компьютерах частота процессора может превышать частоту системной шины в 10 раз (например, частота процессора 1 ГГц, а частота шины — 100 МГц).

Слоты плат расширений предназначены для установки различных плат расширения, например видеоадаптера, звуковой карты, SCSI-контроллера, модема и т. п.

В настоящее время повсеместно используются AGP-, и PCI– и PCI Express-шина, их слоты можно найти на материнской плате.

На сегодня PCI Express – это самая быстродействующая и функциональная шина, позволяющая устанавливать две видеокарты вместо одной и выводить изображение одновременно на четыре монитора. Геймерам PCI Express в паре с двух– или четырехъядерным процессором позволяет позволяет достичь максимального быстродействия в играх.

К северному мосту подключается шина PCI (Peripherial Component Interconnect bus — шина взаимодействия периферийных устройств), которая обеспечивает обмен информацией с контроллерами периферийных устройств. Частота контроллеров меньше частоты системной шины, например, если частота системной шины составляет 100 МГц, то частота шины PCI обычно в три раза меньше — 33 МГц. Контроллеры периферийных устройств (звуковая плата, сетевая плата, SCSI-контроллер, внутренний модем) устанавливаются в слоты расширения системной платы.

По мере увеличения разрешающей способности монитора и глубины цвета требования к быстродействию шины, связывающей видеоплату с процессором и оперативной памятью, возрастают. В настоящее время для подключения видеоплаты обычно используется специальная шина AGP (Accelerated Graphic Port — ускоренный графический порт), соединенная с северным мостом и имеющая частоту, в несколько раз большую, чем шина PCI.

Южный мост обеспечивает обмен информацией между северным мостом и портами для подключения периферийного оборудования.

Устройства хранения информации (жесткие диски, CD-ROM, DVD-ROM) подключаются к южному мосту по шине UDMA (Ultra Direct Memory Access — прямое подключение к памяти).

Мышь и внешний модем подключаются к южному мосту с помощью последовательных портов, которые передают электрические импульсы, несущие информацию в машинном коде, последовательно один за другим. Обозначаются последовательные порты как СОМ1 и COM2, а аппаратно реализуются с помощью 25-контактного и 9-контактного разъемов, которые выведены на заднюю панель системного блока.

Принтер подключается к параллельному порту, который обеспечивает более высокую скорость передачи информации, чем последовательные порты, так как передает одновременно 8 электрических импульсов, несущих информацию в машинном коде. Обозначается параллельный порт как LPT, а аппаратно реализуется в виде 25-контактного разъема на задней панели системного блока.

К USB-порту можно подключать разнообразные устройства – от мыши до цифровой видеокамеры. Теоретически к одному компьютеру через цепочку концентраторов можно подсоединить до 127 USB-устройств. На практике существует проблема: подключение большого количества устройств требует достаточного запаса мощности блока питания, поэтому к компьютеру, как правило, подключаются только два – принтер и сканер.

Важная особенность USB-портов – поддержка технологии plug and play: все присоединенные к USB-порту устройства конфигурируются автоматически, то есть для них не нужно устанавливать драйверы, компьютер сделает это сам.

Обычно на материнской плате присутствуют не менее двух USB-портов. На хороших материнских платах их может быть шесть-восемь.

PS/2 – параллельный порт, используемый для подключения мыши и клавиатуры. По функциональности он практически идентичен COM-порту, однако он быстрее и компактнее.

IEEЕ1394, или FireWire, – последовательный порт, способный передавать данные со скоростью более 400 Мбит/с, который используется для подключения к компьютеру цифровых видеоустройств, требующих максимально быстрой передачи большого объема информации. Часто к такому порту подсоединяют беспроводные сетевые адаптеры (карты, мосты, маршрутизаторы, точки доступа и т. п.).

Порты FireWire бывают двух типов. В большинстве настольных компьютеров используются шестиконтактные, а в ноутбуках – четырехконтактные

Ethernet-порт, предназначенный для подсоединения компьютера к локальной сети. На любой материнской плате присутствует интегрированный сетевой контроллер, рассчитанный на подключение сетевого кабеля с разъемом RJ-45. Такой контроллер способен обеспечивать функционирование сети со скоростью 10/100 Мбит/с, хотя все чаще встречаются контроллеры со скоростью работы 100/1000 Мбит/с сетевого стандарта Ethernet 802.3 (проводная сеть). Выпускаются материнские платы, имеющие два интегрированных сетевых контроллера

Слоты оперативной памяти предназначены для установки модулей оперативной памяти. Разъемы могут иметь разное количество контактов, что зависит от типа поддерживаемой оперативной памяти, и снабжаются специальными защелками, которые удерживают модули в слоте.

Производители оснащают материнские платы различным количеством слотов для памяти (как правило, не менее двух). Более дорогие материнские платы имеют четыре или шесть разъемов 

Микросхема BIOS. BIOS (Basic Input/Output System – базовая система ввода/вывода) – это программное обеспечение, которое начинает работать сразу после включения компьютера. В BIOS содержатся параметры конфигурации и настройки материнской платы и всех установленных и подключенных к ней устройств.

Как правило, BIOS хранится в одной микросхеме, хотя на многих современных материнских платах присутствуют две. Это подстраховка – данное сочетание позволяет загрузить компьютер в случае, если какая-то из микросхем будет повреждена, а также скопировать содержимое одной на другую (например, после неудачной перепрошивки можно восстановить главную BIOS из резервной копии).

Аккумуляторная батарея питает CMOS-память, в которой хранятся настройки пользователя, сделанные с помощью BIOS Setup.

Батарея имеет плоскую форму и похожа на таблетку. Для ее установки предназначено специальное гнездо с защелкой.

Срок службы хорошей аккумуляторной батареи - не менее трех лет.

К выбору материнской платы необходимо подходить продуманно, поскольку именно от нее зависит не только работа остальных устройств, но и возможность дальнейшей модернизации компьютера.

Немаловажную роль в функционировании ПК играет микропроцессор.

2.4 Микропроцессор

Микропроцессор - центральное устройство (или комплекс устройств) ЭВМ (или вычислительной системы), которое выполняет арифметические и логические операции, заданные программой преобразования информации, управляет вычислительным процессом и координирует работу устройств системы (запоминающих, сортировальных, ввода — вывода, подготовки данных и др.). В вычислительной системе может быть несколько параллельно работающих процессоров; такие системы называют многопроцессорными. Наличие нескольких процессоров ускоряет выполнение одной большой или нескольких (в том числе взаимосвязанных) программ. Основными характеристиками микропроцессора являются быстродействие и разрядность. Быстродействие - это число выполняемых операций в секунду. Разрядность характеризует объём информации, который микропроцессор обрабатывает за одну операцию: 8-разрядный процессор за одну операцию обрабатывает 8 бит информации, 32-разрядный - 32 бита, 64-разрядный – 64 бита. Скорость работы микропроцессора во многом определяет быстродействие компьютера. Он выполняет всю обработку данных, поступающих в компьютер и хранящихся в его памяти, под управлением программы, также хранящейся в памяти. Персональные компьютеры оснащают центральными процессорами различных мощностей.